关键词:地下工程;保护措施
前言:随着城市建设的迅猛发展,埋设在城区地下的各类管线也大大增加。地下工程建设过程中,时常发生施工区域内或附近的自来水管、煤气管、下水道、电力电缆和通讯电缆等地下管线损坏,造成断电、断水、断气的不良后果。为确保地下管线的运行安全及施工的顺利进行,在进行地下工程建设施工中必须对施工区附近的埋设管线进行变形监测,同时采取有效的保护措施,妥善处理好地下管线,解决好地下工程施工与管线保护之间的矛盾。
1地下管线的类型
城市地下管线,主要包括煤气管、水管、雨水管、污水管、热力管、通信电力电缆等。城市地下管线可以分为刚性管线和柔性管线。刚性管线在土体移动不大时可正常使用,土体移动幅度超过一定值时将发生断裂破坏;而柔性管线受力变形后,接头可产生近于自由转动的角度,接头转动的角度及关节中的应力小于允许值时,管线可以正常使用。刚性与柔性管道之间除了结构与施工上的差异外,地层沉降对其影响也表现出不同特点,从而影响到加固的措施。
2地下管线的变形、破坏因素
影响管线变形的主要因素包括管线与隧道的相对位置、管线的弯曲刚度和土体的强度等。在某些地下工程如地铁工程施工中,地下管线损坏常表现为接头部位错动、错位、脱节和整体断裂等形式,导致损坏的原因大致有以下几个方面[2]:
1)管线不明。2)土体挤压导致管线损坏。3)土体变形引起管线损坏。4)不均匀沉降造成管线损坏。5)管线上部荷载过大。6)气候因素。7)保护管线的临时支撑拆除后,管线下部回填土不密实或回填不当,导致管线损坏。8)振动荷载引起管线接头振动。9)水流冲击。
3施工过程中地下管线的保护措施
导致管线变形、破坏的原因大致可归纳为土体位移使管线变形超过极限值或管线受力过大,应力超过强度极限而发生破坏。因此,施工中对管线的保护也是从这两个方面采取相应措施[1]:1)隔离法。通过钢板桩、树根桩、深层搅拌桩等形成隔离体,限制地下管线周围的土体位移,挤压或振动管线。这种方法较适合管线埋深较大而又临近基坑的情况。2)悬吊法。一些暴露于基坑内的管线,或因土体可能产生较大位移而用隔离法将管线挖出的,中间不宜设支撑,可用悬吊法固定管线。3)支撑法。对于土体可能产生较大沉降而造成管线悬空的可沿线设置若干支撑点支撑管线。4)土体加固法。顶管、盾构、沉井施工中,可能由于上体超挖和坍塌而导致地面沉降和土体位移的,可以采取注浆加固土体的办法。5)对管线进行迁移、加固处理。对于便于改道搬迁,且费用不大的管线,可以在地下工程施工之前先行临时搬迁改道,或者通过改善、加固原管线材料、接头方式,设置伸缩节等措施,增大管线的抗变形能力,以确保土体位移时也不失去使用功能。6)卸载保护。施工期间,卸去管线周围(尤其是上部)的荷载,或通过设置卸荷板等方式,使作用在管线上及周围土体上的荷载减弱,以减少土体的变形和管线的受力,达到保护管线的目的。
以上各种保护地下管线的方法,实际中如何取用,要视具体的管线性质及管线使用功能、管材、接头构造、基础型式、管径、管节长度以及管内压力,管线埋深、走向和基础工程的类型、规模,施工工艺以及地质地形等现场条件而定。
4变形监测的方法
为确保地下管线的运行安全及施工的顺利进行,在进行地下工程建设施工中必须对施工区附近的埋设管线进行受力和变形监测,然后借助已有的控制标准对管线的安全作出评价,掌握地下施工对管线的影响程度,以有效指导施工、控制施工速度,在施工中采取相应的有效控制措施,避免土体开挖对管线产生较大影响,确保施工及管线的正常运转,避免事故的发生。现行的一般做法是控制管线的沉降量,地表倾斜及管接缝张开值。这些控制值的确定是基于若干规范和工程实践经验确定的,具有相当程度的可靠性。
变形监测是对被监测的对象或物体(简称变形体)进行测量,以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。变形监测的目的与意义包括分析和评价建筑物的安全状态、验证设计参数、反馈设计施工质量、研究正常的变形规律和预报变形的方法。
5直接(常规)测量法
地下管线沉降与建筑物沉降变形监测控制网(点)共用,将地下管线沉降监测点纳入其中构成闭合环网、附合网或附合线路等形式。管线沉降监测采用几何水准测量方法,使用DS01水准仪进行观测,其技术要求及观测注意事项如下:
基准网观测按GB50026-2007《工程测量规范》二等垂直位移监测网技术要求观测;监测点按GB50026-2007《工程测量规范》三等垂直位移监测网技术要求观测。观测采用闭合水准路线时可以只观测单程,采用附合水准路线形式必须进行往返观测,取两次观测高差中数进行平差。
6间接测量法
间接测量法,即不直接测量管线的变形,而是通过监测其周围土体的沉降位移情况间接反映管线的变形,并对管线周围孔隙水压力的监测来进行双重控制与预警,在某种程度上可以代替原有的管线常规测量方法。它在点位埋设、测设精度及预警效果方面具有较为明显的优势,是一种经济、可靠、实用的地下管线监测技术。
在实际工程当中,由于测量点的布设所需要的空间大、时间长,成本高,作业不便,我们可以采用间接测量方法,即不直接在受测管线上布点,而是根据现场施工的实际情况及地下管线的分布情况,将测点布设在地下管线的内侧土体中,通过监测土体的侧向位移及沉降(或隆起)而达到对管线监测的目的。
孔隙水压力的测定是反映土体应力变化的有效手段。孔隙水压力观测是通过孔隙水压力仪来实施的,目的是观察孔隙水压力消散随基坑施工的变化过程。通过对孔隙水压力的测定,可以比较迅速的反映出土体的受挤压情况,可达到及时预警的效果。根据文献[2]中所列工程实例结果,我们可以将孔隙水压力观测点设在离开挖区较近的地方,由于孔隙水压力计距施工开挖区比位移观测点要近,它所反映的土层变化趋势比位移观测成果所反映的变化趋势要提前1~2d。由此借助孔隙水压力的观测来辅助反映管线的变形,文献[1]中作者所论述的工程实例结果也证明了这种做法的可行性。孔隙水压力计也称为渗压计,主要有封闭式(电测式、流体压力式)、开口式(包括各种开口测量管、水位计)等。孔隙水压力的监测采用孔隙水压力计埋设测试。孔隙水压力测试应按工程需要,宜与土压力量测、变形测量、载荷试验等测试手段结合进行,进行综合分析评价。
结语:我国正处于建筑经济高速发展时期,我们可以充分利用国内大规模基础设施建设的契机,收集整理地下工程施工中周边地下管线的各种资料,为管线现状评估与控制标准的建立提供基础数据,建立一种简单、便利、准确的评估方法。在施工前正确预测、在施工过程中准确监测管线的受力和变形,然后借助已有的控制标准对管线的安全作出评价,掌握地下工程施工对管线的影响程度,以有效指导施工、控制施工速度,确保施工及管线的正常运转,避免事故的发生。
参考文献
[1]祖国政.地下工程施工中如何进行地下管线的保护[D].北京,中铁电气化局集团有限公司,2008.